Обратная промывка спеченных фильтров: частота, давление и ограничения по количеству циклов

Большинство установок проводят обратную промывку слишком поздно.

Или слишком часто.

И то, и другое требует затрат, поэтому я не доверяю оптимистичному правилу технического обслуживания, гласящему: “просто проводите обратную промывку после каждой смены”, если только кто-нибудь не сможет продемонстрировать график изменения перепада давления, кривую восстановления расхода, динамику накопления твердых частиц и фактическую историю циклов работы фильтрующего элемента. В противном случае, чем мы занимаемся — техническим обслуживанием или суеверием?

Я видел, как спеченные фильтры выдерживали тысячи циклов обратной промывки.

Я тоже видел, как один из них разбился за неделю.

Одно и то же слово: промывка. Совершенно разные подходы к реализации. В одной системе использовались контролируемое обратное течение, стабильные триггеры ΔP, чистая промывочная жидкость и разумная последовательность циклов. В другой — ударное давление, загрязнённый заводской воздух, отсутствие регистрации данных, а также команда технического обслуживания, которая относилась к пористому элементу как к трубной арматуре с отверстиями.

Плохая идея.

Обратная промывка спеченного фильтра — это не просто “реверс потока”. Это контролируемая очистка, призванная удалить поверхностный налет, освободить мелкие поры от загрязнений и восстановить перепад давления до того, как загрязнения проникнут слишком глубоко в структуру пор. Если ждать слишком долго, твердые частицы уплотняются. Если проводить обратную промывку слишком интенсивно, это создает нагрузку на сварные швы, уплотнения, торцевые крышки и опору фильтрующего материала. Если проводить обратную промывку слишком часто, это приводит к потере фильтрата, газа, сжатого воздуха, внимания оператора, а иногда и производственного времени.

Вот она, горькая правда.

Если вы все еще выбираете тип носителя или форму картриджа, ознакомьтесь с этой статьей по теме фильтрующие картриджи из спеченного металла, фильтрующие картриджи из спеченного пластика, перепад давления в спеченном фильтре, Методы очистки спеченных фильтров, и индивидуальная конструкция спеченного фильтра. Характеристики обратной промывки — это не просто незначительная деталь технического обслуживания. Они должны учитываться при определении размера пор, площади поверхности, объёма корпуса, размера клапана, конфигурации оборудования для импульсной обратной промывки и даже при выборе насоса или компрессора.

Триггером обратной промывки не должен быть календарь

Но давайте начнём с ошибки.

“Промывайте фильтр каждые 8 часов”.”

Может, это сработает. А может, это ерунда.

График обратной промывки с фиксированным временем может быть полезен при стабильной работе, но становится опасным при колебаниях уровня загрязнения поступающей жидкости. На предприятии, работающем круглосуточно, редко наблюдается абсолютно постоянная нагрузка по загрязнению. Количество мелких частиц катализатора меняется. Из трубопроводов, расположенных выше по потоку, вымывается ржавчина. Отслаиваются полимерные наслоения. Качество воды меняется после дождя. В системе появляются примеси компрессорного масла, потому что кто-то пренебрег обслуживанием сепаратора. И вдруг ваше правило “каждые 8 часов” оказывается либо слишком медленным, либо слишком расточительным.

Давление выявляет правду.

А именно — перепад давления.

Наиболее надежным сигналом для запуска обратной промывки обычно является зафиксированное повышение перепада давления в спеченном фильтре по сравнению с исходным значением в чистом состоянии. А не абсолютное давление на входе. И не настроение оператора. И не звук работы насоса. А именно перепад давления (ΔP) на фильтре.

В своей работе, посвящённой фильтрации через пористые металлические материалы в перерабатывающей промышленности, Мотт описывает пилотный проект на коммерческом нефтеперерабатывающем заводе, в котором использовался автоматизированный фильтр производительностью 10 GPM, непрерывно переключающийся между режимами фильтрации и обратной промывки; в ходе двухмесячных испытаний было выполнено более 2 500 циклов: Системы фильтров из спеченного металла Mott для перерабатывающей промышленности. Это важно, поскольку демонстрирует, как следует серьезно подходить к обратной промывке: проводить испытания фильтрующего материала, выполнять циклы промывки, отслеживать рабочие характеристики и проверять степень восстановления — а не полагаться на приблизительные данные из каталога.

В этом может помочь календарь.

Решающим фактором является динамика ΔP.

Как часто следует проводить обратную промывку спеченных фильтров?

Универсального интервала не существует.

Этот ответ раздражает покупателей, но он честен. Частота обратной промывки зависит от загрузки частицами, размера пор, толщины наполнителя, площади поверхности, расхода, вязкости, проницаемости наслоения, допустимого перепада давления, жидкости для обратной промывки, а также от того, какие потери в производстве может допустить предприятие. Фильтр для газо-твердостных смесей, используемый в катализаторах, может потребовать иного режима циклов, чем элемент для фильтрации воды. Тонкая спеченная трубка из нержавеющей стали с размером пор 2 мкм будет вести себя иначе, чем пористый бронзовый сапун с размером пор 40 мкм. Это очевидно.

Но люди по-прежнему просят назвать одну цифру.

Хорошо. Вот с чего можно начать на практике:

Промывку в обратном направлении следует проводить, когда перепад давления ΔP превысит базовое значение для чистого состояния на 20–50% или когда потери расхода начнут влиять на управление технологическим процессом — в зависимости от того, что наступит раньше.

Это не закон. Это лишь повод для начала действий.

В случае высокостабильных жидкостей обратная промывка по времени может оказаться эффективной после того, как вы подтвердите зависимость от перепада давления (ΔP). Для загрязнённых или изменчивых подаваемых жидкостей используйте перепад давления. Для чувствительных систем непрерывного действия сочетайте оба метода: ограничение максимального времени работы плюс триггер по перепаду давления (ΔP). Проще говоря: проводите обратную промывку раньше, если давление повышается; проводите обратную промывку в любом случае, если система проработала слишком долго без неё.

В руководстве Агентства по охране окружающей среды США (EPA) по мембранной фильтрации — хотя речь идет о другой технологии, но при этом приводится полезный контекст эксплуатации — отмечается, что мембранные системы могут подвергаться обратной промывке чаще, чем традиционные фильтры, — зачастую с интервалом примерно 15–60 минут, — и что обратная промывка может снижать производительность системы на 5–10%, поскольку во время обратной промывки используется фильтрат: Руководство по мембранной фильтрации Агентства по охране окружающей среды США (EPA). Спеченные фильтры — это не мембраны, но этот урок вполне применим и к ним: обратная промывка связана с производственными затратами, поэтому не стоит планировать её без должного внимания.

Слишком слабая обратная промывка не позволяет обнаружить загрязнения.

Слишком сильная обратная промывка снижает производительность.

Выбирайте, что вам больше по душе — или измеряйте точнее.

Чистое ΔP, пусковое ΔP, клеммное ΔP

Вам понадобятся три показателя давления.

Ни одного.

Чистое ΔP — это перепад давления на новом или полностью очищенном фильтре при заданных значениях расхода, температуры и вязкости жидкости. Пороговое ΔP — это значение, при достижении которого начинается обратная промывка. Предельное ΔP — это максимально допустимый перепад давления, при превышении которого возникает риск снижения расхода, чрезмерного потребления энергии, деформации фильтра, утечки через байпас или нестабильности технологического процесса.

На большинстве станций значение конечного перепада давления (ΔP) известно, поскольку сигналы тревоги звучат громко.

Лишь немногие растения обладают чистым ΔP.

Это наоборот.

Если вы не знаете значение чистого перепада давления (ΔP), вы не сможете определить, восстановился ли фильтрующий элемент после обратной промывки. Вы как слепой. Фильтр, который раньше работал при чистом перепаде давления 0,2 бар, но теперь “восстанавливается” только до 0,6 бар, не является чистым. В нём остаются скрытые отложения. Эти скрытые отложения увеличивают потребление энергии, сокращают время цикла и постепенно превращают обратную промывку в пустую формальность.

В материалах Министерства энергетики США, посвященных насосным системам, подчеркивается, что оптимизация насосных систем может обеспечить значительную экономию энергии и средств: Ресурсы по насосным системам DOE. Если перенести это на сферу фильтрации: ненужный перепад давления — это не просто проблема фильтра. Это расходы на насос, расходы на компрессор, а порой и фактор, сдерживающий производство.

Перепад давления — это арендная плата.

Вы платите за это каждый час.

Давление обратной промывки: достаточное усилие, а не грубая сила

Давление обратной промывки должно быть достаточно высоким, чтобы удалить налет и устранить забивание мелких пор, но не настолько высоким, чтобы вызвать ударную нагрузку на элемент, повредить уплотнения, привести к растрескиванию слабых сварных швов, приподнять опоры фильтрующего материала или загнать частицы глубже в нежелательные места.

Именно эта последняя часть удивляет людей.

Большее давление — не всегда лучше.

Давление обратной промывки для спеченных фильтров зависит от конструкции элемента (сплав или полимер), толщины стенок, размера пор, конструкции торцевых крышек, геометрии корпуса, траектории обратного потока, а также от того, рассчитан ли фильтр на импульсную газовую промывку, жидкостную обратную промывку или комбинированную промывку с продувкой и промывкой. Жесткий элемент из спеченного металла марки 316L может выдерживать значительный перепад давления; небольшой элемент из спеченного пластика или склеенная сборка — нет.

В статье, посвящённой газо-твердым материалам из пористого металла, отмечается, что спеченные элементы из пористого металла могут изготавливаться с расчётом на перепад давления свыше 3 000 PSI и используются в качестве постоянных фильтрующих элементов в сварных конструкциях: Разделение газа и твердых частиц с использованием технологии спеченного пористого металла. Впечатляет. Но не стоит этого неправильно понимать. Способность системы выдерживать дифференциальное давление не означает, что можно подвергать каждый фильтр сильной обратной промывке.

Сила — это не стратегия.

Начните с ограничений, указанных поставщиком. Уточните максимальные значения перепада давления в прямом направлении (ΔP), перепада давления в обратном направлении (ΔP), импульсного давления, коэффициента понижения номинальной мощности при повышении температуры, предельных значений для уплотнений, а также рекомендации по количеству циклов. Затем проведите испытания с использованием вашей рабочей жидкости.

Если поставщик не может дать рекомендации по обратной промывке, я начинаю нервничать.

Не наносит ли обратная промывка ущерб спеченным фильтрам?

Да, это возможно.

Обычно — нет, если всё делать правильно, но обязательно — если делать это как трюк с «плант-эйр».

Обратная промывка может привести к повреждению спеченных фильтров в результате гидравлического удара, резких перепадов температуры, загрязненной промывочной жидкости, перегрузки при обратном потоке, усталостного износа сварных швов, смещения прокладок, ослабления торцевых крышек, растрескивания фильтрующего материала или разрушения опорных элементов. Металлические элементы выдерживают более интенсивную эксплуатацию, чем многие полимерные элементы, но даже у металла есть свои пределы. Повторяющиеся импульсные циклы представляют собой механические воздействия. Если игнорировать этот факт, “постоянный фильтрующий материал” превращается в металлолом.

Вот в чём заключается нюанс: именно обратная промывка и обеспечивает работоспособность фильтра.

Без этого загрязнения уплотняются. Разница давлений возрастает. Операторы увеличивают производительность насоса. Частицы застревают всё глубже. В конце концов фильтрующий элемент теряет способность к восстановлению. Поэтому вопрос не в том, “наносит ли обратная промывка ущерб фильтрам?”. Более уместный вопрос звучит так: какое давление, частота и продолжительность обратной промывки, а также какое качество промывочной жидкости обеспечивают наилучшее восстановление при минимальной механической нагрузке?

Это вопрос из области инженерии.

Это не запись в календаре.

Ограничения по количеству циклов: учитывайте количество циклов, а не только количество дней

У цикла обратной промывки есть своя история.

Установки любят счетчики рабочего времени. А вот счетчики циклов они игнорируют. Я считаю, что это ошибка. Фильтр, проходящий 20 циклов обратной промывки в день, изнашивается не так, как тот, который проходит 2 цикла в день, даже если оба установлены уже шесть месяцев.

Проведение циклической инвентаризации важно для:

Усталость сварного шва.

Износ уплотнителя.

Износ клапанов.

Надежность соленоида обратного импульса.

Напряжение в несущем ядре.

Эффективность очистки носителей.

Устранение неисправностей оператора.

Скрытая тенденция к загрязнению.

Пилотный проект на промышленном нефтеперерабатывающем заводе, в котором было проведено более 2 500 циклов фильтрации и обратной промывки, полезен тем, что позволяет рассматривать обратную промывку как поддающийся проверке процесс, а не как нечто мифическое. Если на вашем заводе обратная промывка проводится 48 раз в день, это составляет 17 520 циклов в год. Если поставщик никогда не обсуждал вопрос о сроке службы, спросите, почему.

Серьезно.

Спросите.

Логика срабатывания по перепаду давления

Мне нравится простая логика срабатывания триггера.

Сложные системы выходят из строя самыми банальными способами.

Практическая схема обратной промывки спеченных фильтров на предприятиях, работающих в режиме 24/7, может выглядеть следующим образом:

Обратная промывка при достижении значения ΔP.

Обратная промывка при максимальном пределе времени работы.

Сработка сигнализации в случае неудовлетворительного восстановления перепада давления (ΔP) после обратной промывки.

Срабатывание сигнализации при резком увеличении частоты цикла.

Сработка сигнализации в случае слишком быстрого достижения перепада давления ΔP на терминале.

Именно здесь установка получает информацию о том, что на самом деле происходит. Если интервал цикла сокращается с 8 до 2 часов, значит, изменился состав поступающего материала. Или в фильтре скапливаются твердые частицы. Или ухудшилось качество обратной промывки. Или клапаны не открываются полностью. Или распределение потока в корпусе неравномерное. Не стоит просто повышать давление обратной промывки и надеяться на лучшее.

Именно так растения скрывают загрязнение до момента остановки.

Лучшее правило:

Если показатель чистоты ΔP после обратной промывки постепенно увеличивается в течение нескольких циклов, необходимо запланировать более тщательную очистку или осмотр.

Это означает, что обратная промывка больше не обеспечивает полного восстановления фильтрующего материала. Поверхностный налет, возможно, удаляется, но загрязнение внутри пор сохраняется.

Фильтр вам что-то подсказывает.

Послушайте раньше.

Таблица: настройка предельных значений частоты, давления и числа циклов

Пример завода, работающего круглосуточно и без выходных

На предприятии используется фильтр из спеченной нержавеющей стали с производительностью 150 л/мин.

Чистое ΔP составляет 0,25 бар.

Оператор изначально установил давление обратной промывки на уровне 1,5 бара, потому что кто-то назвал это “безопасным”. С механической точки зрения это, возможно, и было безопасно. Но с эксплуатационной точки зрения — это было глупо. К моменту, когда давление в системе достигало 1,5 бара, твердые частицы уже уплотнились в осадке, и при каждой обратной промывке давление восстанавливалось лишь до 0,55–0,70 бара. Персонал полагал, что фильтр изнашивается. Дело было не в износе. Просто очистку проводили слишком поздно.

Мы изменили значение срабатывания на 0,45 бар, установили максимальную продолжительность работы и зафиксировали показатели восстановления после обратной промывки.

Сначала частота циклов увеличилась.

Время простоя сократилось.

Поток стабилизировался.

И тогда выяснился истинный виновник: всплески твердых частиц на входе после запуска насоса. Фильтр никогда не был основной проблемой. Он был лишь свидетелем.

Такое случается чаще, чем люди готовы признать.

Качество жидкости для обратной промывки: грязный секрет

Промывка в обратном направлении с использованием загрязнённой жидкости является саботажем.

Тихий саботаж.

Если вы используете заводскую воду, содержащую ржавчину, сжатый воздух с масляным туманом или рециркулируемый фильтрат, содержащий мелкие частицы, вы можете удалить один слой загрязнений, одновременно вводя другой. Выброс может выглядеть впечатляюще. При этом восстановление расхода может оставаться неудовлетворительным. И тогда кто-то скажет, что срок службы фильтра истек.

Возможно.

Или, может быть, ты промыл его мусором.

Используйте чистую совместимую жидкость, чистый газ или проверенный фильтрат. При необходимости установите сепараторы, коалесцентные фильтры или доочистительные фильтры. Сухой газ должен быть сухим. Воздух должен быть обезжиренным и отфильтрованным. В некоторых химических системах или системах, чувствительных к окислению, лучше использовать азот. Жидкость для обратной промывки не должна вступать в реакцию с фильтрующим материалом или технологическими остатками.

Все просто.

Часто игнорируется.

Когда обратной промывки недостаточно

Обратная промывка удаляет удаляемый осадок.

Он не способен волшебным образом растворить накипь, полимеризованное масло, припекшиеся органические остатки, оксидные пленки, биопленку, липкие гели или мелкие частицы, глубоко застрявшие в горловинах пор. Если перепад давления (ΔP) после обратной промывки продолжает расти, не следует и дальше перегружать фильтрующий элемент. В зависимости от типа фильтрующего материала и характера загрязнения перейдите к ультразвуковой очистке, химической очистке, замачиванию в растворителе, очистке паром или контролируемой очистке вне линии.

Именно там Методы очистки спеченных фильтров должно быть включено в ваш план технического обслуживания.

Если показатели восстановления после обратной промывки опускаются ниже вашего внутреннего порогового значения — например, если фильтр больше не возвращается к чистому базовому уровню в течение 10–25% — извлеките элемент, пока он не стал безнадежно поврежденным. Точное значение зависит от степени риска для технологического процесса. Не воспринимайте указанный мной диапазон как незыблемое правило.

Используйте свои данные.

Дорогая ошибка: использование конечного значения ΔP в качестве сигнала для запуска обратной промывки

Это меня просто сводит с ума.

Конечное значение ΔP не является стандартным сигналом для запуска обратной промывки. Это граница рабочего диапазона. Если вы регулярно доводите давление до конечного значения перед очисткой, то при каждом цикле даете фильтру достигать самой неблагоприятной точки кривой загрязнения.

Это приводит к увеличению потребления энергии.

Уплотняет корж.

Снижает стабильность потока.

Может проталкивать частицы в сеть пор.

Сокращает срок службы.

Из-за этого обратный удар кажется слабее, чем он есть на самом деле.

Параметр ΔP должен выступать в качестве сигнала тревоги или жесткого предела, а не обычного сигнала о необходимости очистки. Плановая обратная промывка, как правило, должна начинаться раньше, исходя из режима восстановления, обеспечивающего наименьшие совокупные затраты: на энергию, отходы при обратной промывке, простои, срок службы фильтрующего материала и трудозатраты.

Специалисты по техническому обслуживанию интуитивно понимают это.

Бухгалтерия узнает об этом после остановки работы.

Часто задаваемые вопросы

Что такое обратная промывка спеченного фильтра?

Обратная промывка спеченного фильтра представляет собой процесс очистки с контролируемым обратным потоком, при котором чистая жидкость, газ или обратный импульс прогоняются через пористый фильтрующий материал с целью удаления фильтрационного осадка, освобождения мелких пор от загрязнений, снижения перепада давления и восстановления пропускной способности до того, как загрязнения успеют глубоко въесться в материал.

Дело не просто в том, чтобы “промыть в обратном направлении”. Для правильной обратной промывки необходимо определить давление, продолжительность, пороговое значение, качество жидкости и показатели восстановления.

Как часто следует проводить обратную промывку спеченных фильтров?

Спеченные фильтры следует подвергать обратной промывке, когда перепад давления превышает утвержденное пороговое значение — как правило, начиная с уровня примерно 20–50% выше исходного значения в чистом состоянии — либо при достижении максимального предела времени работы в режиме стабильной эксплуатации, в зависимости от потерь на перепад давления, степени загрязнения, вязкости жидкости и рисков технологического процесса.

Графики, основанные на времени, эффективны только после того, как вы поймёте динамику изменения ΔP. При загрязнённом или нестабильном подаваемом потоке необходимо использовать регулирование на основе давления.

При каком перепаде давления должна запускаться обратная промывка?

Обратная промывка, как правило, должна запускаться при измеренном повышении перепада давления выше базового значения для чистого состояния, а не по конечному давлению; начальное значение порога запуска часто устанавливается на уровне примерно 20–50% выше перепада давления в чистом состоянии, а затем корректируется с учетом данных о восстановлении работоспособности после обратной промывки и интервалов между циклами.

Лучший триггер — это тот, который восстанавливает поток, не тратя лишних циклов и не давая нагару углубиться слишком сильно.

Какое давление обратной промывки следует использовать для спеченных фильтров?

Давление обратной промывки спеченных фильтров должно соответствовать номинальному предельному значению обратного давления, указанному поставщиком, и подтверждаться испытаниями, при этом должно применяться давление, достаточное для удаления нагара и восстановления перепада давления, без нанесения ударных нагрузок на фильтрующий материал, повреждения сварных швов, смещения уплотнений, растрескивания опор или заталкивания загрязнений на большую глубину.

Не стоит думать, что более сильное давление означает более эффективную очистку. Кривая восстановления имеет большее значение, чем мощные струи воздуха.

Не наносит ли обратная промывка ущерб спеченным фильтрам?

Обратная промывка может привести к повреждению спеченных фильтров, если давление, частота циклов, термический шок, загрязнённая промывочная жидкость, направление обратного потока или интенсивность импульсов превышают расчётные пределы элемента, однако правильно регулируемая обратная промывка, как правило, продлевает срок службы фильтра, предотвращая глубокое загрязнение и чрезмерный перепад давления.

Риск повреждения зависит от материала, конструкции, сварных швов, торцевых заглушек, уплотнений, опорной конструкции, а также от интенсивности работы системы обратной промывки.

Сколько циклов обратной промывки может выдержать спеченный фильтр?

При правильном проектировании и эксплуатации спеченный фильтр способен выдержать множество циклов обратной промывки, однако безопасное количество циклов зависит от материала фильтрующей среды, конструкции сварных швов, обратного давления, температуры, интенсивности импульсов, конструкции уплотнений, степени подверженности коррозии, а также от того, остается ли стабильным восстановление давления после обратной промывки.

Отслеживайте количество циклов. Установка, работающая с частотой 40 циклов в день, изнашивается иначе, чем установка, работающая с частотой 4 циклов в день.

Почему после обратной промывки падение давления увеличивается?

Падение давления увеличивается после обратной промывки, если в процессе внутри фильтрующего материала остаются застрявшие мелкие частицы, липкие отложения, накипь, масло, биопленка или уплотненные поры, то есть поверхностный налет удаляется, но внутреннее сопротивление сохраняется, и фильтр больше не возвращается к исходному состоянию чистоты.

Тенденция к увеличению перепада давления ΔP после обратного хода служит ранним сигналом тревоги. Не игнорируйте её.

Что лучше: обратная промывка по времени или по давлению?

Обратная промывка по давлению, как правило, лучше подходит для изменяющихся технологических условий, поскольку она реагирует на фактическую степень загрязнения фильтра, в то время как обратная промывка по времени эффективна только в тех случаях, когда степень загрязнения поступающей жидкости, расход, вязкость и количество загрязнений остаются достаточно стабильными, чтобы календарные интервалы были надежными.

На многих предприятиях, работающих в режиме 24/7, следует использовать и то, и другое: перепад давления в качестве основного триггера и максимальное время работы в качестве резервной защиты.

Что произойдет, если фильтры из спеченного материала подвергаться обратной промывке слишком часто?

Слишком частая обратная промывка спеченных фильтров может привести к ненужным потерям фильтрата, сжатого газа, рабочего времени оператора, сокращению срока службы клапанов и снижению производственной мощности, а также к увеличению числа механических циклов эксплуатации фильтрующего элемента, уплотнений, сварных швов и оборудования для импульсной обратной промывки без существенного улучшения восстановления перепада давления.

Частая обратная промывка не всегда является признаком правильного технического обслуживания. За этим могут скрываться неправильный подбор размера, загрязнённый подаваемый материал или неверные настройки срабатывания.

Руководство по закупкам

Пришлите нам данные о значении ΔP в чистом состоянии, текущей динамике ΔP, расходе, вязкости, содержании твердых частиц, размере пор, материале фильтра, жидкости для обратной промывки, предельном значении обратного давления и истории циклов. Мы поможем вам установить частоту обратной промывки спеченного фильтра, давление и предельные значения циклов, исходя из реального поведения технологического процесса, а не из календарных представлений.

Ведь обратное промывание — это не ритуал.

Это стратегия управления.

Ознакомьтесь с архитектурами промышленных картриджей здесь:https://lvynfiltration.com/sintered-plastic-filter-cartridges/